JP2004140172A

JP2004140172A - 外部共振器型レーザ光源

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Publication number: JP2004140172A
Application number: JP2002303165A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Fujino; 藤野　仁志
Original assignee: Suntech Co
Current assignee: Suntech Co
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】外部共振器型レーザ光源において自然放出光成分を抑えた極めて波長純度の高い出力光を得る。
【解決手段】半導体レーザ２１の増反射膜２１ａと部分反射ミラー２４により外部共振器を構成し、外部共振器内部に波長選択素子２３を挿入する。部分反射ミラー２４の透過光をコーナーミラー２５により波長選択素子２３に再び入射させ、波長選択素子２３の選択光を出力光として取り出す。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信の分野で用いられる波長選択素子を備えた外部共振器型レーザ光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術による外部共振器型レーザ光源を図２１に示す。この外部共振器型レーザ光源では、半導体レーザ１の第１の出射端面（回折格子側端面）には無反射膜１ａが施されており、第２の出射端面（光アイソレータ側出射端面）には部分反射膜１ｂが施されている。半導体レーザ１の第１の出射端面からの出射光はレンズ２によって平行光にされる。平行光は回折格子３に入射し回折され、ミラー４によって反射され、再び回折格子３により回折され、レンズ２によって半導体レーザ１に集光される。このとき平行光は回折格子３によって回折されるために回折格子によって波長選択された光が半導体レーザ１に戻ることになる。
【０００３】
また、半導体レーザ１の第２の出射端面からの出射光はレンズ５によって平行光にされ、光アイソレータ６を透過し、位置によって透過波長の変化する波長可変フィルタ７を透過する。そしてレンズ８によって光ファイバ９に集光され、出力光として取り出される。ここで半導体レーザ１の光アイソレータ側の部分反射膜１ｂとミラー４との間で外部共振器が形成され、外部共振器の外部共振モードと回折格子の選択波長が一致した波長でレーザ発振する。また、回折格子３は回転テーブル１０に固定され、回転テーブル１０とミラー４とは直線移動テーブル１１に固定されているために、外部共振器長と回折格子３の選択波長を任意に設定することができる。また、波長可変フィルタ７は直線移動テーブル１２に固定されているために任意に透過波長を変えることができる。
【０００４】
ここで、波長可変フィルタ７はレーザ出力光中の自然放出光成分を除去する目的で用いられ、結果として単一波長のレーザ光に対する全自然放出光比であるＳＴＳＲ（Ｓｉｇｎａｌ　ｔｏ　Ｔｏｔａｌ　Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｒａｔｉｏ）を高めることができる。このような外部共振器型レーザ光源と光パワーメータを組み合わせて光通信用部品の光学特性を測定しようとした場合、特にファイバグレーティングなどのノッチ型フィルタのフィルタ特性を測定する場合や、光ファイバ増幅器の雑音指数を測定する場合に、ＳＴＳＲの影響が顕著に現れる。
【０００５】
上記の波長可変フィルタを用いる以外にも、ＳＴＳＲを高くする方法として下記のようないくつかの技術が開示されている。即ち特許文献１、特許文献２、特許文献３には、外部共振器型レーザ光源の外部共振器内部にビームスプリッタを挿入して、自然放出光成分が除去されたレーザ出力光を得る技術が開示されている。外部共振器型レーザ光源の出力光を光カプラなどで複数に分岐して複数の被測定物を測定する場合には、光源の出力光を高出力化する必要がある。この方法では波長選択素子を通った半導体レーザへの帰還光の分岐光である高ＳＴＳＲの出力光以外に、半導体レーザから波長選択素子に向かって出力された光もビームスプリッタの分岐光として出力されてしまうため、分岐光が共振器内の損失となってしまい、高ＳＴＳＲ出力光の高出力化をしようとした場合にビームスプリッタの分岐割合を上げることができないという問題があった。
【０００６】
特許文献４では外部共振器型レーザ光源の外部共振器内部に偏光ビームスプリッタ及びファラデー素子を挿入して、自然放出光成分が除去されたレーザ出力光を得る技術が開示されている。この方法では高ＳＴＳＲ出力光の高出力化が可能になるが、外部共振器中にビームスプリッタ及びファラデー素子を挿入する必要がある。そのためファラデー素子による偏光角の回転を考慮して外部共振器型レーザ光源の光学系を設計する必要があり、外部共振器型レーザ光源の光学系の構成が複雑になるという問題があった。
【０００７】
特許文献５では外部共振器型レーザ光源の特殊なビームスプリッタ、コーナーミラー及び回折格子を組み合わせて外部共振器を構成し、自然放出光成分が除去されたレーザ出力光を得る技術が開示されている。この方法でも高ＳＴＳＲ出力光の高出力化が可能になるが、特殊なビームスプリッタが必要になるという問題点があった。
【０００８】
特許文献６及び特許文献７では外部共振器型レーザ光源の外部共振器の外部鏡をビームスプリッタとし、その透過光を出力光とする技術が開示されている。この方法では出力光の高出力化は可能になるという利点はあるが、出力光が波長選択素子で１度しか波長選択されていないために、波長選択素子で２度波長選択された光を出力光とする方法に比べると高いＳＴＳＲを得ることができないという問題点があった。また、特許文献６ではフィルタ回転によりフィルタの透過光の光軸がずれてしまい光ファイバへの結合効率が低下してしまうという問題があった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１２６９４３号
【特許文献２】
特開２０００−２８６５０３号
【特許文献３】
ＵＳ６４０４７９８Ｂ１
【特許文献４】
ＷＯ０２／４７２２２
【特許文献５】
ＵＳ６３３９６０９
【特許文献６】
実開平５−９５０６７号
【特許文献７】
特開平１１−１６３４５０号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図２１に示す従来技術にあっては、ＳＴＳＲを高くしようとした場合に波長可変フィルタの半値幅を狭くする必要があるが、波長可変フィルタの半値幅を狭くすると、フィルタ自身の作成が難しくなり、さらに波長可変フィルタの挿入損失が増加してしまい、高ＳＴＳＲと高出力を同時に得ることができないという問題があった。また、レーザ光の波長に連動させて波長可変フィルタの位置を制御する必要があり、制御が複雑になるという問題点があった。このように従来の波長可変光源においては、高いＳＴＳＲと高出力を同時に容易に得ることができないという問題があった。
【００１１】
この発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、外部共振器型レーザとコーナーミラーを組み合わせることにより、上記問題点を解決することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この請求項１の発明による外部共振器型レーザ光源は、一方の端面に増反射膜、もう一方の端面に無反射膜がそれぞれ施された半導体レーザと、前記半導体レーザの無反射膜端面からの出射光を平行光にするレンズと、前記レンズからの平行光より所定の波長の光を選択し出射する波長選択素子と、前記波長選択素子からの出射光の一部を反射し、再び前記波長選択素子へと入射させ、前記レンズを経由して前記半導体レーザに帰還させる部分反射ミラーと、前記部分反射ミラーの透過光の光路を変えて該透過光に対して平行に反射し、前記波長選択素子へと入射させる光軸移動部と、を具備し、前記波長選択素子の出射光を出力光として取り出すことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明による外部共振器型レーザ光源は、一方の端面に増反射膜、もう一方の端面に無反射膜がそれぞれ施された半導体レーザと、前記半導体レーザの無反射膜端面からの出射光を平行光にするレンズと、前記レンズからの平行光より所定の波長の光を選択し出射する波長選択素子と、前記波長選択素子からの出射光の光路を変えて該出射光に対して平行に反射し、再び前記波長選択素子へと入射させる光軸移動部と、前記波長選択素子の出射光の一部を反射し、前記波長選択素子と前記光軸移動部及び前記レンズを経由して前記半導体レーザに帰還させる部分反射ミラーと、を具備し、前記部分反射ミラーの透過光を出力光として取り出すことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明による外部共振器型レーザ光源は、一方の端面に部分反射膜、もう一方の端面に無反射膜がそれぞれ施された半導体レーザと、前記半導体レーザの無反射膜端面からの出射光を平行光にする第１のレンズと、前記第１のレンズからの平行光より所定の波長の光を選択し出射する波長選択素子と、前記波長選択素子からの出射光を反射し、再び前記波長選択素子へと入射させ、前記第１のレンズを経由して前記半導体レーザに帰還させる全反射ミラーと、前記半導体レーザの部分反射膜端面からの出射光を平行光にする第２のレンズと、前記第２のレンズからの平行光の光路を変えて該透過光に対して平行に反射し、前記波長選択素子へと入射させる第１の光軸移動部と、前記第ｎ−１（ｎは２以上の整数）の光軸移動部より入射され、前記波長選択素子より出射される光の光路を変えて該透過光に対して平行に反射し、前記波長選択素子へと再び入射させる第ｎの光軸移動部と、を具備し、前記第２の光軸移動部より入射され前記波長選択素子の出射光を出力光として取り出すことを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の外部共振器型レーザ光源において、前記波長選択素子は、回折格子、入射角度によって選択波長が変化するバンドパスフィルタ、入射位置によって選択波長の変化する波長可変フィルタ、前記半導体レーザの利得幅以上のＦＳＲを持ち、ギャップ媒質の厚さ又は屈折率の変化に応じて透過波長の変化させるエタロンのいずれか１つからなることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載の外部共振器型レーザ光源において、前記波長選択素子の選択波長及び前記外部共振器長の少なくとも一方を設定する手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項１又は２記載の外部共振器型レーザ光源において、前記光軸移動部は、入射光の光軸を互いに順次移動させる複数の光軸移動部からなることを特徴とする。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項１又は２記載の外部共振器型レーザ光源において、前記半導体レーザの増反射膜側に発振したレーザ光の波長及びレーザ光の発光強度の少なくとも一方をモニタするモニタ部を更に有することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１に本発明を適用した外部共振器型レーザ光源の第１の実施の形態を示す。この実施の形態の外部共振器型レーザ光源は、図１に示すように、一方の端面に増反射膜２１ａ、もう一方の端面に無反射膜２１ｂがそれぞれ施された半導体レーザ２１を有している。該半導体レーザ２１の無反射膜２１ｂの端面には、出射光を平行光にするレンズ２２、該平行光から波長選択する波長選択素子２３が設けられる。波長選択素子２３の側方には波長選択素子２３からの光の一部を反射し、波長選択素子２３へと入射させる部分反射ミラー２４、部分反射ミラー２４の透過光の光路を変えて該透過光に対して平行に反射し、波長選択素子２３へと入射させるコーナーミラー２５が設けられる。またコーナーミラー２５より出射する光軸上には、波長選択素子２３を介して、レーザを不安定にする戻り光を抑圧するために用いられる光アイソレータ２６、波長選択素子２３の選択光を光ファイバへと結合するためのレンズ２７、及びレンズ２７で集光された光を出力光として外部へ取り出すための光ファイバ２８が設けられる。
【００２０】
波長選択素子２３はその入射位置によって選択波長が変化しないものとする。選択波長及び外部共振器の外部共振器長は後述するように適宜設定できるようにしてもよい。こうすれば任意の波長に発振波長を設定することができる。又コーナーミラー２５は光軸をシフトさせるための光軸移動部であり、コーナーミラーに代えてダイヘドラルミラーを用いてもよく、又２枚のミラーを用いたものでもよい。
【００２１】
このように構成される外部共振器型レーザ光源において、半導体レーザ２１の無反射膜２１ｂの端面からの出射光は、レンズ２２により平行光とされ、波長選択素子２３に入射され、この波長選択素子２３により波長選択された後に部分反射ミラー２４に入射される。この部分反射ミラー２４の反射光は再び波長選択素子２３に入射され、この波長選択素子２３で再び波長が選択され、レンズ２２により半導体レーザ２１へと帰還する。ここで、部分反射ミラー２４と半導体レーザ２１の増反射膜２１ａとの間で外部共振器長Ｌの外部共振器が構成され、レーザ発振が起こる。また、部分反射ミラー２４の透過光は、コーナーミラー２５により光路を変えて透過光と平行に反射され、この波長選択素子２３に再び入射され、波長選択素子２３で波長選択され、光アイソレータ２６を通った後にレンズ２７により光ファイバ２８に結合され、光ファイバ２８により出力光として外部へ取り出される。
【００２２】
このように波長選択素子で２度波長選択された光が出力光として取り出されるために、レーザ出力光の自然放出光成分が抑えられた極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【００２３】
又半導体レーザ２１の増反射膜２１ａ側にレンズ２９を介して波長や出力光の強度をモニタするモニタ３０を設けることができる。増反射膜２１ａから得られる光の比率は一定しているため、その比率に基づいて光強度を同時にモニタすることができる。こうすれば出射したレーザ光の一部を分岐してモニタする必要がなく、レーザ光源にモニタ機能を組み込むことができる。
【００２４】
次に、第１の実施の形態の外部共振器型レーザ光源において、波長選択素子が回折格子である場合について、図２を参照しながら説明する。
【００２５】
この外部共振器型レーザ光源は、図２に示されているように一方の端面に増反射膜２１ａ、もう一方の端面に無反射膜２１ｂがそれぞれ施された半導体レーザ２１、レンズ２２、回折格子３１、部分反射ミラー２４、コーナーミラー２５、光アイソレータ２６、レンズ２７、光ファイバ２６から構成される。そして部分反射ミラー２４、コーナーミラー２５はステージ３２上に配置されている。ステージ３２は支持棒３３を介して回転機構に３４接続され、部分反射ミラー２４の延長線に沿って支持棒３３を中心として回動自在に構成されている。
【００２６】
このように構成される外部共振器型レーザ光源において、半導体レーザ２１の無反射膜２１ｂの端面からの出射光は、レンズ２２により平行光とされ回折格子３１に入射し、この回折格子３１により波長選択された後に部分反射ミラー２４に入射する。この部分反射ミラー２４の反射光は再び回折格子３１に入射し、この回折格子３１で再び波長選択された後にレンズ２２により半導体レーザ２１へと帰還する。ここで、部分反射ミラー２４と半導体レーザ２１の増反射膜２１ａとの間で外部共振器が構成され、レーザ発振が起こる。また、部分反射ミラー２４の透過光は、コーナーミラー２５により光路を変えて透過光と平行に反射される。そして回折格子３１に入射し、回折格子３１で再び波長選択され、光アイソレータ２６を通った後にレンズ２７により光ファイバ２８に結合され、光ファイバ２８により出力光として外部へ取り出される。
【００２７】
このように回折格子３１で２度波長選択された光が出力光として取り出されるため、自然放出光成分の抑えられた極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【００２８】
ここで、部分反射ミラー２４及びコーナーミラー２５は同一ステージ３２に固定されており、このステージ３２は回転機構に取り付けられた支持棒３３に固定されている。この回転機構３４により支持棒３３を回転させると、部分反射ミラーの反射面に対して垂直に入射する回折格子３１からの回折光の出射角が変化する。したがって、回転機構３４を回転させると、回折格子３１の選択波長と外部共振器長とが同時に変化するために、レーザの発振波長を変化させることができる。
【００２９】
次に、第１の実施の形態の外部共振器型レーザ光源において、波長選択素子がバンドパスフィルタである場合について図３及び図４を参照しながら説明する。
【００３０】
この外部共振器型レーザ光源は、図３及び図４に示されているように、一方の端面に増反射膜２１ａ、もう一方の端面に無反射膜２１ｂがそれぞれ施された半導体レーザ２１、レンズ２２、バンドパスフィルタ３５、部分反射ミラー２４、コーナーミラー２５、光アイソレータ２６、レンズ２７、光ファイバ２８から構成される。バンドパスフィルタ３５には、入射角度を変化させることによって選択波長を変化させるための回転機構３６が取付けられる。部分反射ミラー２４には外部共振器長Ｌを連続して変化させるための直線移動機構３７が設けられる。
【００３１】
このように構成される外部共振器型レーザ光源において、半導体レーザの無反射膜２１ｂの端面からの出射光は、レンズ２２により平行光とされバンドパスフィルタ３５に入射し、このバンドパスフィルタ３５により波長選択された後に部分反射ミラー２４に入射する。この部分反射ミラー２４の反射光は再びバンドパスフィルタ３５に入射し、このバンドパスフィルタ３５で再び波長選択された後にレンズ２２により半導体レーザ２１へと帰還する。ここで、部分反射ミラー２４と半導体レーザ２１の増反射膜２１ａとの間で外部共振器が構成され、レーザ発振が起こる。また、部分反射ミラー２４の透過光は、コーナーミラー２５により光路を変えて透過光と平行に反射され、このバンドパスフィルタ３５に入射し、バンドパスフィルタで波長選択され、光アイソレータを通った後にレンズ２により光ファイバに結合され、光ファイバにより出力光として外部へ取り出される。
【００３２】
このようにバンドパスフィルタで２度波長選択された光が出力光として取り出されるため、自然放出光成分の抑えられた極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【００３３】
ここで、図３は半導体レーザの無反射膜端面からの出射光がＳ偏光でバンドパスフィルタ３５に入射する場合である。図４は半導体レーザの無反射膜端面からの出射光がＰ偏光でバンドパスフィルタ３５に入射する場合であり、バンドパスフィルタ３５とコーナーミラー２５の方向が異なる点を除いて同一である。それぞれの場合で、前述した特許文献６で問題になるバンドパスフィルタ３５の回転時の透過光の光軸ずれをなくすことが出来る。
【００３４】
ここで、バンドパスフィルタ３５は回転機構３６に取り付けられており、部分反射ミラー２４は直線移動機構３７に取り付けられている。従ってバンドパスフィルタ３５を回転させることで選択波長が変化し、部分反射ミラー２４を入射光に対して垂直方向に移動すると外部共振器長Ｌが変化するので、レーザの発振波長を変化させることができる。
【００３５】
次に、第１の実施の形態の外部共振器型レーザ光源において、波長選択素子が波長可変フィルタである場合について図５を参照しながら説明する。
【００３６】
この外部共振器型レーザ光源は、図５に示されているように一方の端面に増反射膜２１ａ、もう一方の端面に無反射膜２１ｂがそれぞれ施された半導体レーザ２１、レンズ２２、波長可変フィルタ３８、部分反射ミラー２４、コーナーミラー２５、光アイソレータ２６、レンズ２７、光ファイバ２８、直線移動機構３９から構成される。ここで波長可変フィルタ３８は長方形状の基板上に多層膜を積層したものであり、その長手方向に沿って透過波長を連続的に変化するものとする。長手方向と垂直な方向には波長は変化せず、同一の特性を有している。
【００３７】
このように構成される外部共振器型レーザ光源において、半導体レーザ２１の無反射膜端面からの出射光は、レンズ２２により平行光とされ波長可変フィルタ３８に入射し、この波長可変フィルタ３８により波長選択された後に部分反射ミラー２４に入射する。この部分反射ミラー２４の反射光は再び波長可変フィルタ３８に入射し、この波長可変フィルタ３８で再び波長選択された後にレンズ２２により半導体レーザ２１へと帰還する。ここで、部分反射ミラー２４と半導体レーザ２１の増反射膜２１ａとの間で外部共振器が構成され、レーザ発振が起こる。また、部分反射ミラー２４の透過光は、コーナーミラー２５により光路を変えて透過光と平行に反射され、この波長可変フィルタ３８の移動方向と垂直な方向に異なった位置に入射する。そして波長可変フィルタ３８で波長選択され、光アイソレータ２６を通った後にレンズ２７により光ファイバ２８に結合され、光ファイバ２８により出力光として外部へ取り出される。このように波長可変フィルタ３８で２度波長選択された光が出力光として取り出されるため、自然放出光成分の抑えられた極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【００３８】
ここで、波長可変フィルタ３８は直線移動機構３９に取り付けられており、部分反射ミラー２４は直線移動機構３７に取り付けられている。波長可変フィルタ３８を移動することで選択波長が変化し、部分反射ミラー２４を入射光に対して垂直方向に移動すると外部共振器長Ｌが変化するので、レーザの発振波長を変化させることができる。
【００３９】
次に、第１の実施の形態の外部共振器型レーザ光源において、波長選択素子がエタロンである場合について図６を参照しながら説明する。
【００４０】
この外部共振器型レーザ光源は、図６に示されているように一方の端面に増反射膜、もう一方の端面に無反射膜がそれぞれ施された半導体レーザ２１、レンズ２２、エタロン４０、部分反射ミラー２４、コーナーミラー２５、光アイソレータ２６、レンズ２７、光ファイバ２８から構成される。ここでエタロン４０は半導体レーザ２１の利得幅以上のＦＳＲを持ち、ギャップの媒質の厚さ又は屈折率の変化に応じて透過波長を変化させることができるエタロンとする。
【００４１】
このように構成される外部共振器型レーザ光源において、半導体レーザ２１の無反射膜端面２１ｂからの出射光は、レンズ２２により平行光とされエタロン４０に入射し、このエタロン４０により波長選択された後に部分反射ミラー２４に入射する。この部分反射ミラー２４の反射光は再びエタロン４０に入射し、このエタロン４０で再び波長選択された後にレンズ２２により半導体レーザ２１へと帰還する。ここで、部分反射ミラー２４と半導体レーザ２１の増反射膜２１ａとの間で外部共振器が構成され、レーザ発振が起こる。また、部分反射ミラー２４の透過光は、コーナーミラー２５により光路を変えて透過光と平行に反射され、このエタロン４０に入射し、エタロン４０で波長選択され、光アイソレータ２６を通った後にレンズ２７により光ファイバ２８に結合され、光ファイバ２８により出力光として外部へ取り出される。
【００４２】
このようにエタロンで２度波長選択された光が出力光として取り出されるため、自然放出光成分の抑えられた極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【００４３】
ここで、エタロンにはギャップの光路長制御機構４１が取り付けられており、部分反射ミラー２４は直線移動機構３７に取り付けられている。エタロン４０のギャップの光路長を変化させることで選択波長が変化し、部分反射ミラーを入射光に対して垂直方向に移動すると外部共振器長が変化するので、レーザの発振波長を変化させることができる。
【００４４】
（第２の実施の形態）
図７に本発明を適用した外部共振器型レーザ光源の第２の実施の形態を示す。この実施の形態の外部共振器型レーザ光源は、図７に示すように、一方の端面に増反射膜２１ａ、もう一方の端面に無反射膜２１ｂがそれぞれ施された半導体レーザ２１、半導体レーザ２１の無反射膜２１ｂの端面からの出射光を平行光にするレンズ２２、平行光から波長選択する波長選択素子２３、波長選択素子２３からの選択光の光路を変えて該選択光に対して平行に反射し、波長選択素子２３へと入射させるコーナーミラー２５、波長選択素子２３から選択された波長の光の一部を反射する部分反射ミラー２４、部分反射ミラー２４の透過光に対してレーザを不安定にする戻り光を抑圧するために用いられる光アイソレータ２６、波長選択素子の選択光を光ファイバへと結合するためのレンズ２７、選択光を出力光として外部へ取り出すための光ファイバ２８等から構成される。これに加えて第１の実施の形態と同様に、レンズ２９及びモニタ３０を設けておいてもよい。
【００４５】
このように構成される外部共振器型レーザ光源において、半導体レーザ２１の無反射膜２１ｂの端面からの出射光は、レンズ２２により平行光とされ波長選択素子２３に入射し、この波長選択素子２３により波長選択された後にコーナーミラー２５により光路を変えて部分反射ミラー２４に入射する。この部分反射ミラー２４の反射光は再び波長選択素子２３に入射する。この波長選択素子２３で再び波長選択された後にレンズ２２により半導体レーザ２１へと帰還する。ここで、部分反射ミラー２４と半導体レーザ２１の増反射膜２１ａとの間で外部共振器が構成され、レーザ発振が起こる。また、部分反射ミラー２４の透過光は、光アイソレータ２６を通った後にレンズ２７により光ファイバ２８に結合され、光ファイバ２８により出力光として外部へ取り出される。
【００４６】
このように波長選択素子２３で２度波長選択された光の一部を部分反射ミラーである外部鏡より一部分岐し、その分岐光を出力光として取り出すために、自然放出光成分が抑えされた極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【００４７】
さらに、外部鏡で反射された光は再び波長選択素子で２度波長選択され、合計４度の波長選択が行われた光が半導体レーザに帰還するために、波長選択能力が向上し、外部共振器モード間隔を狭くできる。又外部共振器長を長くすることができ、結果としてレーザスペクトルの線幅を狭くすることができるという利点がある。
【００４８】
また、波長選択素子の選択波長及び外部共振器長の設定手段を備えている場合には、任意の波長に発振波長を設定することができる。
【００４９】
第２の実施の形態の外部共振器型レーザ光源において、波長選択素子が回折格子である場合の構成を図８に示す。この実施の形態の動作は基本的には前述したものと同一であり、回折格子については図２のものと同一であるので詳細な説明を省略する。
【００５０】
第２の実施の形態の外部共振器型レーザ光源において、波長選択素子がバンドパスフィルタである場合の構成を図９、図１０に示す。この実施の形態の動作は基本的には前述したものと同一であり、バンドパスフィルタについては図３，図４のものと同一であるので詳細な説明を省略する。
【００５１】
第２の実施の形態の外部共振器型レーザ光源において、波長選択素子が波長可変フィルタである場合の構成を図１１に示す。この実施の形態の動作は基本的には前述したものと同一であり、波長可変フィルタについては図５のものと同一であるので詳細な説明を省略する。
【００５２】
第２の実施の形態の外部共振器型レーザ光源において、波長選択素子がエタロンである場合の構成を図１２に示す。この実施の形態の動作は基本的には前述したものと同一であり、エタロンについては図６のものと同一であるので詳細な説明を省略する。
【００５３】
さて図７では波長選択素子２３はコーナーミラー２５によって一往復分の外部共振器長の中で用いているが、図１３に示すように、複数のコーナーミラー２５−１〜２５−ｎを用いて外部共振器長を延長し選択度を高めることができる。この場合のコーナーミラーは入射光の光軸を互いに順次移動させる複数の光軸移動部として動作する。その他の構成は図７に示すものと同一である。又部分反射ミラー２４の位置は波長選択素子から出力される最後の部分には限らず、図１４に示すように光の経路の中間部分に配置することもできる。
【００５４】
（第３の実施の形態）
図１５に本発明を適用した外部共振器型レーザ光源の第３の実施の形態を示す。この実施の形態の外部共振器型レーザ光源は、図１５に示すように、一方の端面に部分反射膜５１ａ、もう一方の端面に無反射膜５１ｂがそれぞれ施された半導体レーザ５１、半導体レーザの無反射膜端面５１からの出射光を平行光にするレンズ５２、平行光から波長選択する波長選択素子５３、波長選択素子５３からの選択光を反射し、波長選択素子５３へと入射させる全反射ミラー５４、半導体レーザ５１の部分反射膜５１ａの端面からの出射光を平行光にするレンズ５５、その平行光の光路を変えて該透過光に対して平行に反射し、波長選択素子５３へと入射させるコーナーミラー５６、波長選択素子５３からの選択光に対して光路をかえて平行に反射し、再び波長選択素子５３へと入射させるコーナーミラー５７、光アイソレータ５８、波長選択素子５３の選択光を光ファイバへと結合するためのレンズ５９、選択光を出力光として外部へ取り出すための光ファイバ６０等から構成される。
【００５５】
このように構成される外部共振器型レーザ光源において、半導体レーザ５１の無反射膜５１ｂの端面からの出射光は、レンズ５２により平行光とされ波長選択素子５３に入射し、この波長選択素子５３により波長選択された後に全反射ミラー５４に入射する。この全反射ミラー５４の反射光は再び波長選択素子５３に入射し、この波長選択素子５３で再び波長選択された後にレンズ５２により半導体レーザ５１へと帰還する。ここで、全反射ミラー５４と半導体レーザ５１の部分反射膜５１ａとの間で外部共振器が構成され、レーザ発振が起こる。また、半導体レーザ５１の部分反射膜５１ｂの端面からの出射光は、レンズ５５、コーナーミラー５６に入射され、コーナーミラー５７により光路を変えて平行に反射される。この反射光は波長選択素子５３に入射し、波長選択素子５３で波長選択され、コーナーミラー５７により光路を変えて平行に反射され、波長選択素子５３で再び波長選択され、光アイソレータ５８を介してレンズ５９により光ファイバ６０に結合され、光ファイバ６０により出力光として外部へ取り出される。
【００５６】
このように波長選択素子で２度波長選択された光を取り出すために、自然放出光成分成分が抑えられた極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【００５７】
また、波長選択素子の選択波長及び外部共振器長の設定手段を備えていれば、任意の波長に発振波長を設定することができる。
【００５８】
この実施の形態においてもコーナーミラー５６，５７に代えてダイヘルドラル
ミラーやミラーを垂直に用いた光軸変換部を用いて構成することができる。
【００５９】
また第３の実施の形態では２つのコーナーミラー５６，５７を用いているが、光軸を順次平行にずらすようにしたｎ個（ｎは２以上の整数）のコーナーミラーを用いて光軸をシフトするようにしてもよい。
【００６０】
第３の実施の形態の外部共振器型レーザ光源において、波長選択素子が回折格子である場合の構成を図１６に示す。この実施の形態の動作は基本的には前述したものと同一であり、回折格子については図２のものと同一であるので詳細な説明を省略する。
【００６１】
第３の実施の形態の外部共振器型レーザ光源において、波長選択素子がバンドパスフィルタである場合の構成を図１７，図１８に示す。この実施の形態の動作は基本的には前述したものと同一であり、バンドパスフィルタについては図３，図４のものと同一であるので詳細な説明を省略する。
【００６２】
第３の実施の形態の外部共振器型レーザ光源において、波長選択素子が波長可変フィルタである場合の構成を図１９に示す。この実施の形態の動作は基本的には前述したものと同一であり、波長可変フィルタについては図５のものと同一であるので詳細な説明を省略する。
【００６３】
第３の実施の形態の外部共振器型レーザ光源において、波長選択素子がエタロンである場合の構成を図２０に示す。この実施の形態の動作は基本的には前述したものと同一であり、エタロンについては図６のものと同一であるので詳細な説明を省略する。
【００６４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、外部共振器内部の波長選択素子からの選択光を部分反射ミラーに入射させ、該部分反射ミラーの透過光を光軸移動部により波長選択素子に再び入射させ、該波長選択素子の選択光を出力光として取り出すことで、波長選択素子で２度波長選択された光が出力光として取り出されるために、自然放出光成分が抑えられ、極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【００６５】
請求項２記載の発明によれば、外部共振器内部の波長選択素子からの選択光を光軸移動部により波長選択素子に再び入射させ、波長選択素子の選択光を部分反射ミラーに入射させ、該部分反射ミラーの透過光を出力光として取り出すことで、波長選択素子で４度波長選択された光が出力光として取り出されるために、自然放出光成分が抑えられ、極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【００６６】
請求項３記載の発明によれば、半導体レーザの部分反射膜端面からの出力光を光軸移動部により外部共振器内部の波長選択素子に入射させ、波長選択素子からの選択光を第２の光軸移動部により波長選択素子に再び入射させ、該波長選択素子の選択光を出力光として取り出すことで、波長選択素子で２度波長選択された光が出力光として取り出されるために、自然放出光成分が抑えられ、極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【００６７】
そして請求項１〜３記載の外部共振器型レーザ光源において波長選択素子を回折格子とすれば、回折格子で２度波長選択された光が出力光として取り出されるため、出力光の自然放出光成分が抑えられた極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【００６８】
請求項１〜３記載の外部共振器型レーザ光源において波長選択素子をバンドパスフィルタとすれば、バンドパスフィルタで２度波長選択された光が出力光として取り出されるため、出力光の自然放出光成分が抑えられた極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。また、バンドパスフィルタ回転時の透過光の光軸ずれをなくすことが出来る。
【００６９】
請求項１〜３記載の外部共振器型レーザ光源において波長選択素子を波長可変フィルタとすれば、波長可変フィルタで２度波長選択された光が出力光として取り出されるため、出力光の自然放出光成分が抑えられた極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【００７０】
請求項１〜３記載の外部共振器型レーザ光源において波長選択素子を半導体レーザの利得幅以上のＦＳＲを持ったエタロンとすれば、波長可変フィルタで２度波長選択された光が出力光として取り出されるため、自然放出光成分が抑えられた極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【００７１】
請求項５記載の発明によれば、波長選択素子の選択波長と外部共振器長を制御して任意の発振波長に設定することができる。また、波長選択素子の選択波長と外部共振器長の変化に伴い変化する外部共振器モードの変化を連動させて制御することで、外部共振器型レーザ光源の発振波長を連続的に変化させることが可能になる。
【００７２】
請求項６記載の発明によれば、ｎ度波長選択された光が出力光として取り出されるため、自然放出光成分が抑えられた極めて波長純度の高い出力光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による外部共振器レーザの構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態において波長選択素子として回折格子を用いた例を示す図である。
【図３】本実施の形態１において波長選択素子としてバンドパスフィルタを用いた外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【図４】本実施の形態１において波長選択素子としてバンドパスフィルタを用いた外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【図５】本実施の形態１において波長選択素子として波長可変フィルタを用いた外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【図６】本実施の形態１において波長選択素子としてエタロンを用いた外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態による外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【図８】本実施の形態２において波長選択素子として回折格子を用いた外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【図９】本実施の形態２において波長選択素子としてバンドパスフィルタを用いた外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【図１０】本実施の形態２において波長選択素子としてバンドパスフィルタを用いた外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【図１１】本実施の形態２において波長選択素子として波長可変フィルタを用いた外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【図１２】本実施の形態２において波長選択素子としてエタロンを用いた外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２においてコーナーミラーを複数用いて波長選択素子に光を入射するようにした外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態２においてコーナーミラーを複数用いて波長選択素子に光を入射するようにした外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態による外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【図１６】本実施の形態３において波長選択素子として回折格子を用いた外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【図１７】本実施の形態３において波長選択素子としてバンドパスフィルタを用いた外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【図１８】本実施の形態３において波長選択素子としてバンドパスフィルタを用いた外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【図１９】本実施の形態２において波長選択素子として波長可変フィルタを用いた外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【図２０】本実施の形態２において波長選択素子としてエタロンを用いた外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【図２１】従来の外部共振器型レーザ光源を示す図である。
【符号の説明】
２，１，５１　半導体レーザ
２１ａ，５１ｂ　増反射膜端面
２１ｂ　無反射膜端面
２２，２７，５２，５５，５９　レンズ
２３，５３　波長選択素子
２４　部分反射ミラー
２５，２５−１，２５−２・・・２５−ｎ，５６，５７　コーナーミラー
２６，５９　光アイソレータ
２８，６０　光ファイバ
３１　回折格子
３２　ステージ
３３　支持棒
３４，３６　回転機構
３５　バンドパスフィルタ
３７，３９　直線移動機構
３８　波長可変フィルタ
４０　エタロン
４１　光路長制御機構
５１ａ　部分反射膜
５４　完全反射ミラー

Claims

一方の端面に増反射膜、もう一方の端面に無反射膜がそれぞれ施された半導体レーザと、
前記半導体レーザの無反射膜端面からの出射光を平行光にするレンズと、
前記レンズからの平行光より所定の波長の光を選択し出射する波長選択素子と、
前記波長選択素子からの出射光の一部を反射し、再び前記波長選択素子へと入射させ、前記レンズを経由して前記半導体レーザに帰還させる部分反射ミラーと、
前記部分反射ミラーの透過光の光路を変えて該透過光に対して平行に反射し、前記波長選択素子へと入射させる光軸移動部と、を具備し、
前記波長選択素子の出射光を出力光として取り出すことを特徴とする外部共振器型レーザ光源。
一方の端面に増反射膜、もう一方の端面に無反射膜がそれぞれ施された半導体レーザと、
前記半導体レーザの無反射膜端面からの出射光を平行光にするレンズと、
前記レンズからの平行光より所定の波長の光を選択し出射する波長選択素子と、
前記波長選択素子からの出射光の光路を変えて該出射光に対して平行に反射し、再び前記波長選択素子へと入射させる光軸移動部と、
前記波長選択素子の出射光の一部を反射し、前記波長選択素子と前記光軸移動部及び前記レンズを経由して前記半導体レーザに帰還させる部分反射ミラーと、を具備し、
前記部分反射ミラーの透過光を出力光として取り出すことを特徴とする外部共振器型レーザ光源。
一方の端面に部分反射膜、もう一方の端面に無反射膜がそれぞれ施された半導体レーザと、
前記半導体レーザの無反射膜端面からの出射光を平行光にする第１のレンズと、
前記第１のレンズからの平行光より所定の波長の光を選択し出射する波長選択素子と、
前記波長選択素子からの出射光を反射し、再び前記波長選択素子へと入射させ、前記第１のレンズを経由して前記半導体レーザに帰還させる全反射ミラーと、
前記半導体レーザの部分反射膜端面からの出射光を平行光にする第２のレンズと、
前記第２のレンズからの平行光の光路を変えて該透過光に対して平行に反射し、前記波長選択素子へと入射させる第１の光軸移動部と、
前記第ｎ−１（ｎは２以上の整数）の光軸移動部より入射され、前記波長選択素子より出射される光の光路を変えて該透過光に対して平行に反射し、前記波長選択素子へと再び入射させる第ｎの光軸移動部と、を具備し、
前記第２の光軸移動部より入射され前記波長選択素子の出射光を出力光として取り出すことを特徴とする外部共振器型レーザ光源。
前記波長選択素子は、回折格子、入射角度によって選択波長が変化するバンドパスフィルタ、入射位置によって選択波長の変化する波長可変フィルタ、前記半導体レーザの利得幅以上のＦＳＲを持ち、ギャップ媒質の厚さ又は屈折率の変化に応じて透過波長の変化させるエタロンのいずれか１つからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の外部共振器型レーザ光源。
前記波長選択素子の選択波長及び前記外部共振器長の少なくとも一方を設定する手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の外部共振器型レーザ光源。
前記光軸移動部は、入射光の光軸を互いに順次移動させる複数の光軸移動部からなることを特徴とする請求項１又は２記載の外部共振器型レーザ光源。
前記半導体レーザの増反射膜側に発振したレーザ光の波長及びレーザ光の発光強度の少なくとも一方をモニタするモニタ部を更に有することを特徴とする請求項１又は２記載の外部共振器型レーザ光源。